laboratorio 4 plc ii manejo de variables analogicas(2013)

SISTEMAS INDUSTRIALES

Laboratorio 4

“MANEJO DE VARIABLES ANALOGICAS”

PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

TECSUP Control Industrial – Lab. 4

“MANEJO DE VARIABLES ANALOGICAS”

OBJETIVOS:

1. Controlar y adquirir variables analógicas mediante el uso de un PLC

2. Escalar las entradas analógicas.3. Desarrollar programas de aplicación

INTRODUCCIÓN TEÓRICA:

Cada vez más los ingenieros y científicos utilizan computadoras personales

para monitorear y manipular datos involucrados en los fenómenos físicos que

ocurren en los sistemas de control industrial, en sistemas de pruebas y

mediciones, y en laboratorios. En la mayoría de los casos estos datos son

variables físicas de naturaleza analógica, es decir, ellas pueden tomar valores

dentro de un rango continuo de tiempo. Como ejemplos de estas variables

físicas tenemos: flujo, nivel, temperatura, presión, señales de audio, posición,

velocidad, etc.

El sistema cuya función es coleccionar información, documentar y/o analizar

un fenómeno físico se denomina Sistema de Adquisición de Datos (DAQ) e

involucra etapas para la conversión de variables físicas analógicas en variables

digitales que pueden ser manipuladas a través de una computadora mediante

software de aplicación.

La siguiente figura ilustra las etapas de un sistema DAQ:

Generación de la señal a través de Sensores ó

Transductores: Los sensores ó transductores transforman

variables físicas en señales eléctricas. Por ejemplo las termocuplas

y RTDs convierten la variable física de temperatura en un voltaje ó

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corriente. Otros ejemplos incluyen sensores de flujo magnético,

transductores de presión, sensores de deformación (strain gauges).

En cada caso, los sensores generan señales (usualmente de

naturaleza eléctrica) que son proporcionales al valor de las

variables físicas que miden.

Acondicionamiento de la Señal (Amplificación y Filtrado): La

señal eléctrica generada por los sensores puede contener ruido o

no ser de nivel eléctrico adecuado para su procesamiento. Por esta

razón es necesaria una etapa de acondicionamiento de la señal. En

esta etapa la señal del sensor primero es amplificada (por ejemplo

las señales de bajo nivel de voltaje que provienen de termocuplas

deben ser amplificadas para mejorar la resolución minimizar

errores en una posterior cuantización). Luego la señal es filtrada

para eliminar componentes de frecuencia indeseadas (ruidos) o

para evitar el fenómeno de enmascaramiento durante el muestreo.

Digitalización de la Señal. Muestreo y Cuantización: Una vez

que la señal se encuentra filtrada y en un nivel apropiado esta debe

digitalizarse para poder ser leída y procesada por el computador.

Así, en esta etapa, la señal analógica que es una función continua

del tiempo, es convertida a una señal definida solo para instantes

discretos del tiempo (señal muestreada). Además en cada instante

de tiempo el valor de la señal es registrada en forma de número

binario de acuerdo a una resolución (señal cuantizada).

Escalamiento de la Variable de Entrada (u)



Figura Escalamiento de la variable de Entrada

Voltaje entrada

Escalamiento de la Variable de Salida (y)

De manera experimental se obtuvo que el máximo porcentaje de apertura de válvula se consigue al aplicar 2.793 V, ya que la curva de trabajo de esta válvula se satura a partir de dicho voltaje.



A. EJERCICIOS Y PROBLEMAS.

I. Control del nivel de un depósito

Esta instalación les propone la tarea de regular el nivel de un depósito de líquido, de manera que pueda garantizarse el suministro a las instalaciones situadas a un nivel más bajo. Cuando la cantidad de líquido sea demasiado escasa o cuando se corra el riesgo de que el depósito rebose, será preciso introducir y gestionar unas alarmas.En la figura se observa el depósito equipado con cuatro indicadores de nivel para detectar cuando se alcanzan los umbrales de funcionamiento y de alarma. Cada uno de ellos se activa cuando la altura del líquido en el



depósito supera su propio nivel. La activación queda indicada con el encendido del piloto correspondiente.

En las tuberías de entrada y salida del líquido están colocadas válvulas. Los selectores permiten su funcionamiento en: manual con válvula abierta (1), manual con válvula cerrada (0) y automático (A).En la modalidad automática, la posición de la válvula en la tubería de entrada está determinada por la salida del PLC a la que está conectada. La posición de la válvula de la tubería de salida se coloca al azar (de manera aleatoria) para simular las condiciones variables de los desagües en las instalaciones situadas a un nivel bajo.La parte inferior de la figura muestra el cuadro de los indicadores y del funcionamiento de las alarmas. Dicho cuadro dispone de dos indicadores de las alarmas (MAX y MIN) y de una sirena, que son activados cuando ocurre estas dos situaciones extremas.Además los botones para el reset de las alarmas y para silenciar la mencionada sirena.Cuando se presiona reset se desactiva la salida que permita el displayado del mensaje MAX o min según sea el caso, además de apagar la sirena

Figura 3.

LISTA DE ORDENAMIENTO

ENTRADAS

DESIGNACION DESCRIPCION OPERANDO



SALIDAS


PLANO DE FUNCIONES



2. Cintas transportadoras

Las fajas transportadoras constituyen un escenario clásico de instalación industrial. Está formado por dos cintas transportadoras, cada una de ellas accionada por un motor eléctrico trifásico. La primera cinta, la horizontal, puede circular en una sola dirección. La segunda, la vertical, puede hacerlo en los dos sentidos.

Su misión es la de transportar las cajas que se colocan sobre la línea, al inicio de la primera cinta. Esta efectúa un primer movimiento y descarga las cajas sobre la segunda cinta. Desde ese punto podrán transportarse en las dos direcciones, en función de la rotación del motor M2. Las cajas pueden ser de dos longitudes diferentes, que se corresponden con dos colores. Los sensores B2, B3, B4 indican un 0 o 1 dependiendo del color de la caja. B1 indica la presencia de una caja para llevar la cuenta del numero de cajas colocadas.

Pueden automatizar esta instalación de varias maneras. Por ejemplo, prueben de distribuir las cajas azules (más largas) en la segunda cinta y en una dirección y las cajas amarillas (más cortas) en el sentido opuesto. Cuenten todas las cajas que se han repartido en total, cuantas de color azul y cuantas de color amarillo. O bien, pueden distribuir las cajas sin tener en cuenta su tamaño, sino tan sólo su número: por ejemplo, cinco hacia arriba y otras tantas hacia abajo.

La sirena suena en caso de que el procesos realizado en ese momento no haya sido satisfactorio.



Figura 4.


ENTRADAS


SALIDAS


PLANO DE FUNCIONES



3. Mezcla de líquidos

En el siguiente proceso industrial se tiene la misión de producir y distribuir un compuesto que, en su ciclo productivo, está destinado a ser utilizado en otro sitio. El escenario tiene, como elementos principales, dos depósitos. En el primero, llamado Mixer, se mezclan y calientan tres líquidos distintos que constituyen los ingredientes de la receta. El segundo, denominado Producto, se utiliza para el almacenamiento del compuesto.El mixer está alimentado por tres tuberías distintas, cada una de las cuales vierte en su interior un ingrediente diferente. Las válvulas y las bombas situadas en estas tuberías, además del transmisor de nivel que equipa el depósito, permiten una dosificación cuidadosa de los componentes. Estos tres ingredientes son, respectivamente, de color rojo, verde y azul. La mezcla adquiere un color que está en función del porcentaje entre los distintos líquidos que la componen, según las leyes de la colorimetría. Por ejemplo, si se vierten cantidades iguales de rojo y de verde en el depósito, la mezcla resultante tendrá un color amarillo.Con la activación del calentador y la verificación del estado del transmisor de temperatura, el compuesto podrá calentarse hasta la temperatura deseada.

Un conjunto bomba-válvula permite el traspaso del producto acabado desde el primero al segundo depósito, donde será almacenado. El conjunto bomba-válvula, a la salida del depósito del producto, sirve para alimentar otras instalaciones de la fábrica que lo utilizan, que aquí no están representadas y que



forman parte de la automatización. En el depósito Producto deberá quedar siempre una cantidad de compuesto suficiente para cubrir las necesidades, hasta que se complete un nuevo ciclo de producción.En la parte superior de la ventana aparece un panel de operador en el que están reagrupados los botones y pilotos para el control de la instalación y la señalización de su estado. Un último recuadro reagrupa las señalizaciones de estado y las regulaciones de los sensores ON-OFF instalados en los depósitos.

Intenten mezclar los tres ingredientes según unas proporciones predeterminados. Calienten la mezcla obtenida durante un cierto tiempo a una temperatura determinada y traspásenla al depósito Producto.

Notar que LM1, LM2, LM3 son para fijar la cantidad de cada liquido. LM-MAX LM-Min son para fijar el nivel mínimo y máximo del tanque Mixer.

LP1 es para determinar el nivel de referencia del tanque Producto al cual debe mantenerse. LP-MAX y LP-Min son para setear los rangos mínimo y máximo del tanque Producto, fuera del cual se activara la alarma. Finalmente TM1 es para determinar la temperatura al cual debe llegar a calentarse la mezcla.


ENTRADAS


SALIDAS


PLANO DE FUNCIONES



II. EXPERIMENTO DE LABORATORIO DEMOSTRATIVO: – Herramienta de Diseño de Sistema del Constructor de Arquitectura Integrada (Integrated Architecture Builder Media).

PERSPECTIVA GENERAL

El diseño del sistema de medios físicos para una aplicación DeviceNet se ha simplificado mediante el uso de Integrated Architecture Builder. Esta herramienta de software permite a los usuarios monitorear los requerimientos de voltaje y corriente de la red a medida que los dispositivos se van añadiendo, así como la proporción máxima de baudios, longitud acumulativa de caída y otros criterios.

IAB constituye una herramienta eficiente para distribuir la red física de DeviceNet y generar las Listas de Materiales que se utilizan para completar el sistema físicamente.

Las siguientes herramientas y publicaciones impresas están disponibles para contribuir en el diseño y distribución de un sistema de medios de red DeviceNet:



- Integrated Architecture Builder Software (AB pub# IA-CG001A-MU-C)- DeviceNet Cable System, Planning and Installation Manual (AB pub# DN-6.7.2)- DeviceNet Media (Media, Sensors, and Distributed I/O) guía catálogo (AB pub#1485-CG001A-EN-P)- DeviceNet System Overview (AB pub# DN-2.5)

INICIANDO EL SOFTWARE

1. Haga click en Start (Iniciar) (parte inferior izquierda) y luego seleccione Programs (Programas), Rockwell Automation, Integrated Architecture Builder.Esto iniciará el programa. Usted puede también hacer doble click en el icono “iab” en la pantalla principal. La siguiente pantalla aparecerá:



2. Presione Return (Intro) o haga click en OK para crear un nuevo proyecto. A continuación, verá la pantalla siguiente; en el campo “Workspace Name” (Nombre de Espacio de Trabajo), escriba “Sample DeviceNet Network.” (Red DeviceNet de Muestra):

3. Después de teclear el nombre de la red, usted puede comenzar a construir su red DeviceNet. Vaya al menú Action (Acción) y seleccione Add New Network (Agregar Nueva Red). Esto puede hacerse también a través del uso de un atajo en la barra de herramientas. Usted podrá ver lo siguiente:

4. En la caja de diálogo “Choose a Network…” (Elegir una Red), haga doble click en la red “DeviceNet” o seleccione la red “DeviceNet” y haga click en OK.

5. En la siguiente ventana, teclee un nombre para su espacio de trabajo y presione OK.



6. Usted verá ahora que la ventana Network View (Vista de Red) se abre en la porción superior derecha del espacio de trabajo. Maximice la ventana Network View (Vista de Red).

7. Observe la presencia de múltiples ventanas, incluyendo Network Status (Status de Red) y Component Description (Descripción de Componentes), así como la ventana de Selección de Dispositivo (Device Selection Window) en la parte inferior de la pantalla.

Asegúrese que la cejilla DeviceNet sea seleccionada en la ventana Device Selection.

CONTRUYENDO SU MUESTRA DE RED DEVICENET

1. En la Ventana Device Selection, haga click en el signo “+” a la izquierda del fólder Photoelectric Sensor (Sensor Fotoeléctrico) . Ésta se expandirá para permitir la selección de una familia fotoeléctrica.

2. Expanda el fólder RightSight y seleccione el número de parte 42EF-B1LDBC-F5. Observe la información del sensor seleccionado en la ventana Component Description (Descripción de Componente).

3. Apunte, haga click y arrastre el número de parte 42EF-B1LDBC-F5 dentro de la ventana de vista de red. Ahora usted verá lo siguiente aparecer en su pantalla:



4. El símbolo triangular sobre el icono del sensor indica que el status de red no ha sido actualizado desde que el dispositivo se añadió a la red. Asimismo, observe que el color del indicador de Status de Red (Network Status) ha cambiado ahora de verde a anaranjado y la caja de texto ubicada inmediatamente a la derecha del indicador ha cambiado de “Ok…” a “To be checked!” (A ser revisada).

5. En la ventana Network Status, seleccione Run Wizard (Ejecutar Asistente) y verá usted lo siguiente:

6. Aquí podemos elegir el tipo de cable troncal, distancias de las derivaciones (tap) y longitudes de caída para nuestra red.

a. En el menú con despliegue hacia abajo Trunk Type (Tipo de Troncal), seleccione “KwikLink Cable Class 2”b. El intervalo de derivaciones (tap) determina la distancia entre el dispositivo que está siendo agregado y el último.



En este caso, dado que el dispositivo que está siendo agregado es el primero, el intervalo de derivaciones (tap) determinará la distancia entre este dispositivo y el punto de arranque de la red. Cambie el intervalo de derivaciones (tap) de 1m a 12m.

c. En la caja Drop Length (Longitud de Caída), la distancia entre el troncal y el dispositivo puede ser seleccionada en incrementos de 1m. Cambie la caja de longitud de caída de 1m a 4m.

d. Presione OK.

7. Observe que IAB ha agregado terminadores y una fuente de poder con una derivaciones (tap) de estilo abierto KwikLink a la red.

8. En la ventana de status de red Network Status, presione el botón “>>” para ir a la ventana Advanced Network Status (Status Avanzado de Red).

9. Wow, mire toda esta información. La caja Network Status (Status de Red) se ha expandido, mostrando varias porciones de información útil para ayudar en el diseño de red, como son los usos de corriente y voltaje, longitud de caída acumulativa, longitud general del troncal, etc. También observe que el indicador de status ha cambiado a verde y que la lectura de la ventana adyacente ahora es “Ok…”



10. Información de utilidad puede también obtenerse haciendo click en cualquier punto de la ventana Network View (Vista de Red) y colocando el cursor sobre un dispositivo. Por ejemplo, al posicionar el cursor sobre la fuente de poder / derivación (tap) de estilo abierto una ventana emergente indica la caída de voltaje y la carga de corriente en la red además del número de parte y la descripción del dispositivo.



11. Al hacer doble click en el dispositivo, el nombre de dispositivo, la dirección y otras características pueden ser cambiadas. Ahora pruebe a hacer lo siguiente: Observe que los números de parte del cable de caída y la derivación (tap) se muestran en la caja Associated Catalog # (Número de Catálogo Asociado). Usted verá estos números nuevamente después, cuando generemos un BOM master.

12. Ahora agregue los siguientes tres dispositivos de la lista de dispositivos de DeviceNet en la ventana de selección de dispositivo Device Selection utilizando el mismo método de arrastrar y liberar que se describe en los pasos del 1-3. Ejecute el asistente y siéntase libre de modificar el intervalo de derivaciones (tap) o la longitud de caída en cada dispositivo agregado.

a. Sensor de Proximidad Inductivo, número de parte 871TM-D10ED30-D5b. Interruptor de Final de Carrera, número de parte 802DN-WBRS2.c. Codificador, número de parte 842D-60131331BDA

La siguiente pantalla deberá aparecer ahora ante usted:



13. Un beneficio adicional del software IAB es la generación de una lista de materiales. En el menú View (Ver) seleccione Quick BOM y emergerá esta ventana:

Una lista de materiales puede también ser generada utilizando el atajo Quick BOM en la barra de herramientas.

Observe las opciones en la parte inferior de la pantalla que le permiten clasificar los componentes por cantidad o posición; incluye los módulos asociados, suministros de energía y racks; guarde el archivo como una hoja de trabajo en Excel o en formatoXML.

14. Felicidades, el primer experimento de este laboratorio ha sido completado. Cierre el software para que la estación del laboratorio quede lista para los estudiantes que tomarán parte en el siguiente laboratorio



CONFIGURACIÓN PARA LOS EXPERIMENTOS DE LABORATORIO #2 al #5 – Sensores DeviceNet.

PERSPECTIVA GENERAL

Los siguientes cuatro experimentos están basados en una versión de DeviceNet compatible de cada una de las siguientes familias de sensores: fotoeléctricos, de proximidad inductivo, interruptor de fin de carrera y codificador. Cada uno de los productos DeviceNet en este laboratorio contiene características que los hacen más eficientes y sencillos de usar.

Estos cuatro laboratorios han sido desarrollados utilizando RSNetworx versión 3.0. Con objeto de realizar los siguientes cuatros experimentos, debemos abrir el software e ir en línea con el caso de demostración de DeviceNet. Todos los nodos de DeviceNet han sido previamente asignados para reducir el tiempo en este laboratorio y permitir que el estudiante se concentre en las características de los productos que representarán un beneficio significativo en la solución de aplicaciones de la vida real.

INICIANDO EL SOFTWARE

1. Haga click en Start (parte inferior izquierda) y luego seleccione Programs (Programas), Rockwell Software, RS NetWorx, y finalmente RS NetWorx para DeviceNet. Esto iniciará el programa:

Usted verá la siguiente ventana:



2. En la barra de herramientas, haga un click en el botón Online (En Línea).

3. Con esto, la ventana RS Linx’s Browse for Network emergerá. Haga click en 1770-KFD y luego en OK. Esto le conectará al sistema DeviceNet a través de la interfaz KFD.

4. Haga Click en OK en la caja de diálogo RSNetworx for DeviceNet para cargar la red. RSNetWorx explorará la red buscando todos los nodos disponibles.

5. Una vez que RSNetworx haya concluido su búsqueda, usted deberá ver la siguiente ventana:

Ahora está usted listo para empezar el primer experimento con los sensores DeviceNet.

V. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES:

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